路連

（淮陰工學(xué)院機(jī)械學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

UG是一種面向制造行業(yè)的CAID/CAD/CAE/CAM高端軟件。UG不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且在設(shè)計(jì)過程中，可以進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，提高設(shè)計(jì)的可靠性。

電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)過程中，就可以充分利用UG的實(shí)體造型、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真功能，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。電動(dòng)自行車三維設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 基于UG的電動(dòng)自行車虛擬設(shè)計(jì)流程

1 電動(dòng)自行車的三維建模

本研究以輕便型電動(dòng)自行車為原型，相關(guān)尺寸為實(shí)測(cè)得到并根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理加以修正。利用UG建模及分析模塊，進(jìn)行電動(dòng)自行車虛擬設(shè)計(jì)。電動(dòng)車大多數(shù)零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以用簡(jiǎn)單的UG命令實(shí)現(xiàn)建模。

1.1 典型零件三維建模設(shè)計(jì)

電動(dòng)自行車包括數(shù)百個(gè)各類標(biāo)準(zhǔn)間或非標(biāo)件，這里只略舉幾個(gè)零件的三維建模。

（1）車架件三維模型。車架是電動(dòng)自行車的其它部分附著的“骨架”，所以車架設(shè)計(jì)要綜合考慮強(qiáng)度、騎行舒適度等多方面因素。其模型見圖2。

圖2 車架零件的三維模型

（2）飛輪件三維模型。無電情況下，電動(dòng)自行車后輪的運(yùn)動(dòng)，是依靠飛輪通過鏈條帶動(dòng)的。飛輪三維模型見圖3。

（3）前車輪三維模型。前車輪設(shè)計(jì)時(shí)要考慮材料節(jié)省、強(qiáng)度因素、造型美觀等等。圖4為前車輪的三維模型。

圖3 飛輪三維模型

圖4 前車輪三維模型

2 部件虛擬裝配

UG裝配模塊，可快速組合零件成產(chǎn)品，并可進(jìn)行間隙分析、質(zhì)量管理等操作。按照自上往下的裝配原則，裝配完成部件。僅舉數(shù)例，見圖5～圖13。

（1）鏈條局部虛擬裝配（見圖5）。

圖5 鏈條及其裝配

（2）腳踏板虛擬裝配（見圖6）。

（3）調(diào)整固定裝置虛擬裝配（見圖7）

圖6 腳踏板虛擬裝配

圖7 調(diào)整固定裝置虛擬裝配

（4）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)局部虛擬裝配（見圖8）

（5）后輪局部虛擬裝配（見圖9）。

圖8 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)虛擬裝配

圖9 后輪虛擬裝配

（6）鏈輪系統(tǒng)虛擬裝配（見圖10）

（7）抱閘系統(tǒng)虛擬裝配（見圖11）。

圖10 鏈輪系統(tǒng)虛擬裝配

圖11 抱閘系統(tǒng)虛擬裝配

3 整車虛擬裝配

局部裝配完成后，可以進(jìn)行整車虛擬裝配。圖12為整車的虛擬裝配圖。

圖12 電動(dòng)自行車整車虛擬裝配

4 模型分析與運(yùn)動(dòng)仿真

4.1 模型分析

UG菜單帶有的分析模塊，電動(dòng)自行車裝配完成可在UG中進(jìn)結(jié)構(gòu)分析、間隙分析、質(zhì)量管理、有限元分析等。受力后發(fā)生形變，通過有限元分析找出易損部位（危險(xiǎn)截面）。以車架為例，鞍座處假設(shè)受力1 500 N作用，車架的有限元后處理如圖13、圖14所示。

圖13 車架節(jié)點(diǎn)位移圖

圖14 車架節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖

如圖14，節(jié)點(diǎn)位移最大變形量約合7.935×10-2mm，節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)變約合1.108×10-1mm。這種微小變形，對(duì)車架影響可忽略，因此車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理與可靠的。UG軟件具有運(yùn)動(dòng)仿真模塊，可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析、跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡、分析機(jī)構(gòu)中參考點(diǎn)的速度、加速度、作用力、反作用力和力矩等。對(duì)于電動(dòng)自行車，運(yùn)動(dòng)情況比較簡(jiǎn)單，在此不再贅述。

5 結(jié)束語

利用UGNX強(qiáng)大的建模、模型分析和仿真功能，應(yīng)用于電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)上，完成了電動(dòng)自行車的整個(gè)三維設(shè)計(jì)與有限元分析，給設(shè)計(jì)帶來了便捷，提升了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。

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